Concetti di base della sintesi organica. Metodi fisici di caratterizzazione di molecole bioattive. Sintesi dei peptidi in soluzione e in fase solida. Chimica combinatoria. Analisi dei peptidi e screening biologico. Tecniche di bioconiugazione. Principi e applicazioni di imaging molecolare.
Nanoparticelle (NP): definizione, classificazione, cenni di sintesi e caratterizzazione chimica, chimico-fisica e biologica in vitro. Applicazione di NP in teranostica.
Greg T. Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press USA
Ravin Narain, Chemistry of Bioconjugates: Synthesis, Characterization, and Biomedical Applications, John Wiley & Sons
Materiale fornito dal docente.
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
Scopo del corso è quello di fornire una conoscenza dettagliata della sintesi e proprietà delle principali classi di biomolecole e del loro comportamento chimico, includendo una breve panoramica sulle nanotecnologie.
Competenze:
Lo studente sarà capace di progettare una sintesi peptidica e la creazione di librerie di composti con potenziale attività biologica. Inoltre lo studente saprà riconoscere nelle principali biomolecole (peptidi e proteine, zuccheri e polisaccaridi, acidi nucleici ed oligonucleotidi) i gruppi funzionali più adatti alla marcatura con fluorofori o radionuclidi e le strategie di sintesi impiegabili per esprimere su di esse gruppi funzionali non normalmente presenti. Conoscerà le principali classi di fluorofori e le relative funzionalità per la bioconiugazione. Inoltre lo studente acquisterà competenza sulla biofunzionalizzazione di nanoparticelle di diversa natura e sull’applicazione di nanosistemi biofunzionali in campo biomedico.
Capacità acquisite al termine del corso:
Capacità di valutare in modo autonomo e consapevole i migliori approcci metodologici per la sintesi peptica e la marcatura di biomolecole complesse. Conoscenze di base per la progettazione di nanomateriali biofunzionali per risolvere problemi biologici.
Prerequisiti
Corsi raccomandati: Chimica Generale e Inorganica, Chimica Organica.
Metodi Didattici
Numero di ore totali del corso: 150 (= 6 x 25 ore)
Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale: 102
Numero di ore relative alle attività in aula: 48 di cui 8 ore relative ad attività di esercitazioni in laboratorio.
Altre Informazioni
Frequenza delle lezioni ed esercitazioni: Altamente raccomandata
Strumenti a supporto della didattica: Presentazioni power point delle lezioni, piattaforma Moodle.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame prevede una prova orale volta ad accertare la comprensione e la capacità di esporre in modo chiaro e appropriato gli argomenti oggetto del corso. Verrà anche valutata la capacità di applicare le conoscenze acquisite ad alcuni problemi pratici (progettazione di sintesi di molecole biologicamente attive o la trasformazione dei gruppi funzionali presenti sulle biomolecole per la marcatura con gli agenti idonei).
Programma del corso
Introduzione al corso. Importanza della sintesi di laboratorio di composti organici bioattivi.
Concetti di base della sintesi organica: principali strategie di sintesi, isolamento e di purificazione, gruppi funzionali, gruppi protettori, reazioni di base, atom economy, click chemistry.
Caratteristiche generali degli amminoacidi e dei peptidi. Esempi di peptidi bioattivi. Gruppi protettori nella sintesi peptidica. Formazione del legame peptidico: metodi di attivazione e accoppiamento. Sintesi in soluzione e in fase solida. Studi conformazionali: metodologie CD, NMR, IR per definire la conformazione secondaria del peptide. Chimica combinatoria applicata a librerie di peptidi. Analisi dei peptidi. Preparazione di librerie di composti organici e metodi di screening biologico.
Tecniche di bioconiugazione per il monitoraggio e studio di biomolecole attraverso la formazione di legami covalenti con molecole di facile rilevamento e radionuclidi. Importanza e applicazioni delle tecniche di bioconiugazione nelle discipline proprie delle scienze della vita.
Analisi dei gruppi funzionali disponibili per la bioconiugazione e strategie di sintesi impiegabili per esprimere su di esse gruppi funzionali non normalmente presenti nelle biomolecole di principale interesse, peptidi e proteine, zuccheri e polisaccaridi, acidi nucleici ed oligonucleotidi.
Proprietà utilizzate per il rilevamento: assorbimento, radioattività, fluorescenza, marcatori della biotina, seguite dall’esame delle principali molecole capaci di esprimere tali proprietà anche alla luce della loro reperibilità in commercio. Tipologie di fluorofori e applicazioni in bioconiugazione: fluoresceine, rodamine, cianine, cumarine.
Imaging molecolare: Principi generali di Imaging Molecolare, principali tecniche di Imaging (MRI, PET, SPECT, CT, fluorescenza), sonde per Imaging Molecolare (agenti di contrasto per MRI, traccianti PET, SPECT), applicazioni dell’Imaging Molecolare in ambito Oncologico, Cardiovascolare, Neurologico.
Tecniche di bioconiugazione covalente e non covalente per “Antibody Drug Conjugates” (ADC) e nanoparticelle (NP). Definizione e classificazione di NP (“soft”, “hard”, “hybrid”); cenni di sintesi e caratterizzazione chimica e chimico-fisica di NP e caratterizzazione biologica in vitro. NP come vettori per somministrazione di farmaci (anticancro, “gene delivery”, vaccini, ecc.) e NP con risposta a stimoli per “smart delivery”. Uso di NP in imaging molecolare e multimodale (SPION, QD, Gd-NP, funzionalizzate con fluorofori, radionuclidi, ecc.) NP multifunzionali. Modifica di zuccheri e glicoconiugati: gliconanotecnologia.